بررسي مكانيزم جريان خزش گرمايي در نانولوله ها به وسيله روش ديناميك مولكولي

Molecular dynamics investigation of the mechanisms of thermal creep flow in nanotubes

در مقاله حاضر امكان ايجاد و علت پديده خزش گرمايي، كه عبارت است از به حركت در آوردن سيال بر اثر اعمال گراديان دما در غياب نيروهاي ثقلي، براي مايعات به روش شبيه سازي ديناميك مولكولي مورد بررسي قرار گرفته است. اين پديده تاكنون بيشتر در مورد گازهاي رقيق اثبات و بررسي شده بود. اخيرا تلاش هايي براي اثبات وجود اين پديده براي سيالاتِ چگال محدود در نانومجراها نيز صورت گرفته است. علت و مكانيزم حاكم بر پديده خزش گرمايي در سيالات چگالِ محدود شده در هندسه هاي نانومقياس هنوز به درستي درك نشده است. مقاله حاضر به بررسي علت و مكانيزم حاكم بر اين پديده براي مايعِ محدود شده در نانولوله اي كه به دو سر آن يك گراديان دمايي اعمال شده است مي پردازد. نتايج نشان مي دهد كه جريان خزش گرمايي در مورد مايعات درون نانولوله ها امكان پذير است. همچنين هر چه قطر نانولوله كوچك تر باشد اثرهاي مربوط به خزش گرمايي قوي تر است. جزييات مولكولي شبيه سازي نشان مي دهد كه توزيع چگالي سيال، تحت تاثير ديواره مجرا و در نزديكي آن، به صورت لايه لايه در مي آيد. اين لايه لايه شدن به همراه گراديان دمايي اعمال شده در طول نانولوله، سبب ايجاد عدم تعادل فشار در نزديكي ديواره و در راستاي محور نانولوله مي شود. اين عدم تعادل فشار به صورت يك نيروي سطحي عمل كرده و موجب رانش سيال از سمت سرد به گرم (در محدوده مورد بررسي در اين مقاله) و ايجاد جريان خزش گرمايي مي شود. براي اثبات اين موضوع شكل هاي مربوط به توزيع دما، چگالي و فشار ترسيم شده اند.

Thermal creep is often associated with the flowing of a rarefied gas via the effect of temperature difference in solid boundaries. Recently the feasibility of such flow in dense fluids has become a challenge. This paper deals with simulating the thermal creep flow in liquids confined in nanotubes. The investigations are carried out by molecular dynamics simulation method. The goal of this work is to provide a clean picture of the thermal creep phenomenon mechanism in liquids. Simulation results show the existence of such flow in liquids in nanotubes. The thermal creep effect is stronger in nanotubes with narrower cross sections. Molecular data provided by the simulations shows there is a fluid layering phenomenon near the solid wall. The fluid layering together with the wall temperature gradient develops a pressure gradient near the wall. This pressure gradient acts as a planar force and is assumed to be responsible for the thermal creep effect. This force causes the fluid to flow toward the hot side of the tube. The mechanism of thermal creep phenomena is justified by the use of molecular principles and molecular data which are obtained from the molecular dynamics simulations.